Основные направления энергоэффективности при эксплуатации тепловых сетей

В. М. Липовских, главный инженер тепловых сетей АО "Мосэнерго"

Тепловые сети "Мосэнерго" осуществляют централизованное теплоснабжение от 16 ТЭЦ с суммарной присоединенной тепловой нагрузкой 30 636 Гкал/ч (3 560 МВт), что обеспечивает 82 % потребности в тепле жилищно-коммунального сектора города.

От тепловых сетей "Мосэнерго" также осуществляется теплоснабжение около 700 промышленных предприятий.

Годовой отпуск тепла в 1997 г. составил 73,9 млн. Гкал.

К тепловым сетям "Мосэнерго" присоединено около 45 тысяч зданий, в том числе 23,7 тыс. жилых и 4,65 тыс. детских и лечебных учреждений.

Протяженность тепловых сетей в двухтрубном исчислении на 01.01.98 г. составляет 2 314 км, в том числе водяных сетей 2 279 км.

Средний диаметр водяных сетей - 570 мм.

При этом протяженность теплопроводов больших диаметров 400 мм и выше - 1546 км, в том числе диаметром 1 000 мм - 148 км, диаметром 1 200 мм - 186 км и диаметром 1 400 мм - 78 км.

Основной тип прокладки - подземный, составляющий более 95 % от общей протяженности тепловых сетей.

На тепловых сетях установлены 21 насосно-перекачивающая станция, 232 дренажные насосные, более 16 тыс. подземных камер и наземных павильонов, где размещено более 50 тыс. единиц запорной арматуры, около 10 единиц компенсаторов и другое оборудование.

Одной из главных проблем обеспечения нормального теплоснабжения Москвы является низкая надежность и, как следствие, недостаточная (ниже расчетной) экономичность водяных тепловых сетей.

Низкая надежность тепловых сетей - следствие технической политики, проводимой в нашей стране на протяжении десятилетий.

За последние 30 лет конструкция теплопроводов и применяемых гидротеплоизоляционных материалов не претерпела качественных изменений, и все совершенствование шло за счет индустриализации работ при строительстве и снижения первоначальных затрат.

В основных нормативных документах отсутствует целостная концепция надежности и экономичности теплоснабжения, которая учитывала бы оптимальную мощность и необходимость резервирования теплоисточников и сетей, требования к материалам и трубам, эксплуатационно-ремонтному обслуживанию и другим.

В тепловых сетях "Мосэнерго" складывается такая обстановка, когда уровень надежности и экономичности теплоснабжения не соответствует предъявляемым требованиям.

При протяженности тепловых сетей 2 315 км число повреждений в отопительный период составило 1 304, как правило, мелких свищей. В отопительном сезоне 1997-1998 г.г. произошло 16 повреждений, потребовавших немедленного отключения участков тепловых сетей с прекращением теплоснабжения отдельных зданий. На данный момент:

• свыше 400 км тепловых сетей выработало свой нормативный срок - 25 лет;
• объемы перекладки тепловых сетей достигли 100 км в год, а новое строительство сократилось до 1 км в год;
• затраты на перекладку тепловых сетей в 1997 г. превысили 1,4 трлн. руб.;
• удельные потери сетевой воды составили 2,75 л/м³·ч (норма - 2,5), а абсолютное значение утечки - 75 млн. т сетевой воды в год.

Количественные и качественные характеристики современного состояния тепловых сетей "Мосэнерго" достигли таких величин, что существующие технологические, организационные и экономические возможности предприятия с трудом обеспечивают управляемость процессом централизованного теплоснабжения Москвы.

Для выхода из создавшегося сложного положения с обеспечением теплоснабжения Москвы необходим решительный поворот к применению новых прогрессивных технологий при производстве капитального ремонта, реконструкции и нового строительства тепловых сетей.

В настоящее время в России и Европе имеются современные технические и конструктивные решения, позволяющие значительно повысить надежность и экономичность тепловых сетей.

Значительная часть этих решений прошла опытное опробование, показала высокую эффективность и принята к широкому внедрению в тепловых сетях "Мосэнерго".

Прежде всего к новым технологическим и конструктивным решениям относятся:

1. Применение конструкций теплопроводов типа "труба в трубе" с пенополиуретановой изоляцией в гидрозащитной полиэтиленовой оболочке.

Такая конструкция предусматривает применение не только предварительно изолированных пенополиуретаном и заключенных в полиэтиленовую оболочку труб, но и всех компонентов (отводов, тройников, неподвижных опор, шаровой арматуры бескамерной установки, компенсаторов и др.), прокладываемых непосредственно в грунте, бесканально.

Вследствие практически полного отсутствия внешних вредных воздействий на трубопровод в ППУ изоляции повреждаемость его резко снижается по сравнению с традиционными конструкциями.

Кроме того, надежность еще больше возрастает при оснащении трубопроводов встроенной электронной системой контроля состояния изоляции (без резкого увеличения стоимости), которая позволяет оперативно выявлять наличие повреждения и определять его место с высокой точностью.

В настоящее время в тепловых сетях АО "Мосэнерго" проложено более 19 км теплотрасс типа "труба в трубе". На 78 участках, оснащенных системой контроля, текущая проверка состояния изоляции производится один раз в неделю на контрактной основе независимой организацией. При этом в течение года выявлено 10 случаев срабатывания системы контроля, вызванных как повреждением полиэтиленовой трубы при производстве строительных работ, так и неисправностью устройств контроля.

Расчет экономического эффекта от бесканальной прокладки в тепловых сетях "Мосэнерго" теплотрасс с изоляцией из пенополиуретана (по сравнению с традиционным канальным вариантом), выполненный Мосэнергоналадкой, показал суммарный годовой экономический эффект в размере 200 млн. руб. (при диаметре трубопровода 100 мм) и 1,5 млрд. руб. (при диаметре 800 мм) на один километр трассы в ценах 1997 г.

Что касается теплоизоляционных свойств новой технологии, то проведенные в 1997 г. испытания на тепловые потери участка теплопровода длиной 683 м диаметром 125 мм показали, что фактические тепловые потери в 1,7 раза меньше нормативных, рассчитанных по "Нормам проектирования тепловой изоляции" и СНиП 2.04.14-88.

Имеется полностью разработанная НТД на проектирование, сооружение и ремонт тепловых сетей с ППУ изоляцией типа "труба в трубе".

В Москве нашли применение такие конструкции, как приобретаемые за рубежом (АББ, Манесман, Тарко), так и изготавливаемые на московском заводе ЗАО "МосФлоулайн". Причем отдельные элементы теплопроводов (система контроля, шаровая арматура, компенсаторы) комплектуются по кооперации как с российских предприятий, так и с европейских. Конечно, применение таких конструкций требует повышения технологической дисциплины при строительстве и ремонте тепловых сетей, но это не может служить основанием для применения устаревших конструкций, не обеспечивающих необходимой надежности теплоснабжения.

2. Применение шаровой запорной арматуры бескамерной установки, исключающей потери сетевой воды и необходимость эксплуатационно-ремонтного обслуживания.

При этом более высокая стоимость шаровой арматуры компенсируется отсутствием затрат на сооружение камер.

3. Применение в качестве секционирующих задвижек шаровой запорной арматуры больших диаметров, имеющей гидравлическое сопротивление на порядок ниже, чем у шиберной арматуры.

При этом при сооружении тепловых сетей диаметром 800 мм и более отпадает необходимость сооружения наземных павильонов.

4. Применение сильфонных компенсаторов взамен сальниковых, полностью исключающее потерю сетевой воды. Такие компенсаторы не требуют обслуживания.

С 1993 г. при новом строительстве, реконструкции и капитальном ремонте тепловых сетей полностью исключено применение сальниковых компенсаторов, и началась массовая установка сильфонных компенсаторов производства Санкт-Петербургского АО "Металкомп".

Всего в 1997 г. установлено 386 единиц сильфонных компенсаторов. Общее число установленных на сетях сильфонных компенсаторов составляет 1353 единицы, в том числе диаметром 800-1400 мм-556 единиц.

Применение сильфонных компенсаторов позволило сократить удельную утечку сетевой воды с 3,55 л/м³·ч в 1994 г. до 2,75 л/м³·ч в 1997 г., а абсолютная величина подпитки составила 92,4 млн.т в 1994 г., 89,9 млн.т - в 1995 г., 82,9 млн. т - в 1996 г. и 75,4 млн.т в 1997 г.

5. Снижение скорости внутренней коррозии трубопроводов тепловых сетей.

Повреждаемость тепловых сетей от внутренней коррозии составляет около 30 % от общего числа.

Исследования, проведенные ВТИ, показали, что наиболее эффективным способом снижения скорости внутренней коррозии является повышение рН сетевой воды до 9,5-9,8.

В двух районах, теплоснабжаемых от ТЭЦ 12 и ТЭЦ 22, рН сетевой воды уже доведены до 9,5-10,0. На остальных ТЭЦ проводятся работы по повышению рН до 9,5-9,8.

6. Применение частотных преобразователей для автоматического регулирования производительности насосных станций путем изменения частоты вращения агрегатов, автоматизация систем управления и защиты НПС с применением микропроцессорной техники позволяют значительно повысить надежность работы и обеспечить управление и самозапуск НПС с РДП без постоянного присутствия дежурного персонала на них.

В тепловых сетях при реконструкции насосных станций на них было применено частотное регулирование производительности.

На Сетуньской НПС было установлено в 1992 г. четыре частотно-регулируемых привода типа УТФ таллиннского завода "Электроника" с двигателями 630 кВт с фазным ротором.

В 1995, 1997 и 1998 г.г. на насосных станциях "1 Выхинская", "Гастелло", "Ховринская" и "Марьинская" были установлены по два регулируемых электропривода с частотными преобразователями фирмы "Аллен-Бредли" и серийными двигателями с короткозамкнутыми роторами N=500-800 кВт.

Опыт эксплуатации показал, что внедрение регулируемого электропривода совместно с системой контроля и управления, а также АСДУ на РДП позволило заметно облегчить работу диспетчера района по управлению НПС.

Экономический эффект (сокращение потребления электроэнергии) от внедрения регулируемого привода насосов составляет 30-35 %.

Наряду с повышением экономичности работы НПС увеличилась в целом ее надежность за счет поддержания гидравлического режима (до 0,1 кГс/см²) при существенных внешних возмущениях по давлению, а также за счет автоматического ввода в работу резервных насосов, плавного (без гидроударов) пуска регулируемых насосов, диагностики состояния насосов и двигателей, уменьшения износа запорной арматуры на напоре насосов, установки микропроцессорных контроллеров непосредственно на НПС, существенного облегчения управления НПС в условиях гидравлических режимов работы тепловых сетей.

При эксплуатации Сетуньской НПС были выявлены следующие недостатки регулируемого электропривода:

• регулярный останов насосов для проведения профилактических работ в щеточном аппарате электродвигателя с фазным ротором;
• периодическое срабатывание защит тиристорных преобразователей в результате низкого качества электроэнергии (колебания напряжения), приводящего к останову насоса и внесению возмущений в гидравлический режим работы.

Регулируемый электропривод с частотными преобразователями фирмы "Аллен-Бредли" обладает высокой эксплуатационной надежностью.

За весь период времени с 1995 г. не заменялся ни один из элементов схемы. За время эксплуатации имели место два случая кратковременной полной потери электроснабжения насосной. В этих случаях регулируемый привод обеспечил успешный самозапуск насосной.

7. Применение в эксплуатационных районах систем АСДУ на базе вычислительной техники, позволяющих обеспечить качество теплоснабжения на более высоком уровне.

Для значительного повышения надежности и экономичности централизованного теплоснабжения городов в новом тысячелетии (до 2000 г.), должна быть разработана целевая комплексная нормативно-техническая документация, включающая следующие разделы:

• требования, предъявляемые к проектированию тепловых сетей и систем теплопотребления с обязательным использованием передовых и энергосберегающих технологий;
• предельная мощность теплоисточника, диаметр и протяженность тепловых сетей и величина района теплоснабжения;
• требования к применяемым материалам, которые должны обеспечить повышенную коррозионную стойкость трубопроводов, повышенные теплоизоляционные свойства и полную гидроизоляцию теплопроводов с системой контроля качества этой изоляции;
• требования к запорной арматуре и компенсаторам, полностью исключающие потери теплоносителя и применение ручного труда при их обслуживании;
• требования к нормам качества подпиточной и сетевой воды, полностью исключающие процессы внутренней коррозии трубопроводов.

Создание такого целостного пакета нормативных документов позволит вывести из тупика системы централизованного теплоснабжения и будет способствовать организации в России производств по изготовлению элементов и узлов, обеспечивающих надежную работу тепловых сетей.